(57)【要約】  【課題】空気調和装置において、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスを冷却し凝縮する際に発生する廃熱を有効利用する装置に関し、冷却水の温度によって、水冷用熱交換器と室外機とを、同時運転されないように完全に分離可能とすることで、冷凍サイクルの円滑なコントロールと装置の簡易化、コストダウンを実現する。  【解決手段】空気調和装置の室外機凝縮器と並列に水冷式の熱交換器を配設し、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスが前記の室外機凝縮器又は水冷式熱交換器に選択的に供給されると共に、選択用の弁手段を有している。その結果、前記の水冷式熱交換器による冷却によって加温された湯を得る際に、水冷式熱交換器と室外機凝縮器が直列に配管されている構造と違って、同時運転されるなどの問題が発生しない。そのため、冷凍サイクルのコントロールが円滑となり、空気調和装置の円滑な運転を阻害することなしに、廃熱を有効利用することによって、給湯や水の加温が可能となる。【選択図】  図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
空気調和装置の室外機凝縮器と並列に水冷式の熱交換器を配設して、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスが前記の室外機凝縮器又は水冷式熱交換器に選択的に供給されると共に、前記の水冷式熱交換器による冷却によって加温された湯が得られるようにしたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記の水冷式の熱交換器が、冷却水の通過するコイルと冷媒の通過するコイルとが並行して隣接する構造になっていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記の並接式水冷熱交換器の冷却水コイルを別置きの貯湯槽と接続し、前記貯湯槽と冷却水コイルとの間で冷却水を循環させる構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記の冷却水コイルに供給される冷却水温を検出し、水温検出信号で制御される電磁弁によって、所定温度以下の場合は、前記並接式水冷熱交換器の入り口側を開き、所定温度を越える場合は、前記の室外機凝縮器の入口側が開く構造であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の空気調和装置。
【請求項５】
冷暖房兼用の空気調和装置において、並接式水冷熱交換器と直列に膨張弁を設けると共に、加温された湯を得る場合は、前記膨張弁と室内機との間を閉じて、室外機凝縮器との間を開放することによって、室外機凝縮器を蒸発器として作用させる構造としたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの項に記載の空気調和装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、空気調和装置において、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスを冷却し凝縮する際に発生する廃熱を有効利用する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の空気調和装置では、冷房時に凝縮器から高温の熱風が発生する。特に、ホテルや病院などのような大規模の施設では、空気調和装置を多数設置しているため、各凝縮器から発生する廃熱の量は膨大となる。このような大量の廃熱を大気中に放出するということは、地球温暖化の原因となり、環境悪化を招くことになる。しかも、このように無駄に捨てている廃熱を給湯などに利用できると、廃熱の有効利用となり、エネルギーの効率的な利用を実現できる。
【０００３】
本考案の考案者は、このような問題を解決し、地球温暖化の原因となるような廃熱の大気中への放出を抑制でき、しかもこのような廃熱を給湯などに有効に活用可能な装置として、図１のような構造を、特願2000−327726号において提案した。図１は装置の全容を示す配管図で、１は室外機、２は室内機である。室外機１にはコンプレッサーＣＭを有し、このコンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスを冷却するための凝縮器３を有している。この凝縮器３は、空冷式の場合は、凝縮ファン４を有している。
【０００４】
凝縮器３で凝縮された高圧の冷媒液は、次の膨張弁５で減圧されて、室内機２に供給される。６は室内機用ファンである。そして、室内機２で室内の熱を奪って蒸発した冷媒ガスが、室外機１のコンプレッサーＣＭに吸入され加圧される。７は貯湯槽で、コンプレッサーＣＭから凝縮器３に送られる高圧高温ガスが循環通過する熱交換器８が内蔵されている。この貯湯槽７に冷却水を供給する給水管９ｉと、高圧高温ガスによって加温された加温水を排出する排水管９ｏを有している。
【０００５】
したがって、コンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスは、先ずこの熱交換器８を通過する際に水冷されて凝縮してから、高圧液体の状態で次の凝縮器３を経て、膨張弁５に送られて減圧され、室内機２で蒸発する。こうして、貯湯槽７で高圧高温ガスが冷却されて凝縮した場合は、次の凝縮ファン４は機能する必要がない。したがって、圧力スイッチＳＷを接続して凝縮圧力を検出し、貯湯槽７によって凝縮が完了している場合は、冷媒ガス圧が低いため、凝縮ファン４を作動させず、凝縮不十分で冷媒ガス圧が高い場合のみ、凝縮ファン４を作動させて凝縮を完了するようになっている。
【０００６】
その結果、貯湯槽７において冷却水が加温され、冷却能力が低下した場合は、圧力スイッチＳＷによって、凝縮ファン４の電源をＯＮして、空冷で凝縮させることになる。このように、水冷で冷媒ガスが冷却されている間は、室外機の凝縮ファン４は停止するので、それだけ電気代も節約できるし、凝縮ファン４で排出する熱風で地球温暖化を招くといった問題も解消される。
【特許文献１】特願2000−327726
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、このように貯湯槽７の熱交換器８と凝縮器３が直列に配管されていると、貯湯槽７による温度条件によっては、貯湯槽７と共に凝縮器３でも冷媒熱が発生するなど、凝縮器３を円滑に運転できず、安定した凝縮圧力の確保と円滑な運転を実現するには複雑かつ高価な部品を装備しなければならない等の問題がある。このように、冷凍サイクルの円滑なコントロールが困難である。本考案の技術的課題は、このような問題に着目し、冷却水の温度によって、水冷用熱交換器と室外機とを、同時運転されないように完全に分離可能とすることで、冷凍サイクルの円滑なコントロールと装置の簡易化、コストダウンを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、空気調和装置の室外機凝縮器と並列に水冷式の熱交換器を配設し、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスが前記の室外機凝縮器又は水冷式熱交換器に選択的に供給されると共に、前記の水冷式熱交換器による冷却によって加温された湯が得られるようにしたことを特徴とする空気調和装置である。このように、空気調和装置の室外機凝縮器と並列に水冷式の熱交換器を配設し、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスが前記の室外機凝縮器又は水冷式熱交換器に選択的に供給されると共に、選択用の弁手段を有している。その結果、前記の水冷式熱交換器による冷却によって加温された湯を得る際に、水冷式熱交換器と室外機凝縮器が直列に配管されている構造と違って、同時運転されるなどの問題が発生しない。そのため、冷凍サイクルのコントロールが円滑となり、空気調和装置の円滑な運転を阻害することなしに、廃熱を有効利用することによって、給湯や加温が可能となる。
【０００９】
請求項２は、前記の水冷式の熱交換器が、冷却水の通過するコイルと冷媒の通過するコイルとが並行して隣接する構造になっていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置である。このように、前記の水冷式の熱交換器が、冷却水の通過するコイルと冷媒の通過するコイルとが並行して隣接する構造になっているため、水没式の熱交換器のように、冷却水の水温による冷却過剰などの問題が発生せず、凝縮圧力を円滑にコントロールできる。その結果、装置の構成が簡素化され、複雑かつ高価な部品を要しないので、装置のコストダウンが可能となる。
【００１０】
請求項３は、前記の水冷式の熱交換器の冷却水コイルを別置きの貯湯槽と接続し、前記貯湯槽と冷却水コイルとの間で冷却水を循環させる構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置である。請求項２のように、水冷式の熱交換器が、冷却水コイルと冷媒コイルとが並行して隣接する構造になっているため、前記の冷却水コイルを別置きの貯湯槽と接続し、前記貯湯槽と冷却水コイルとの間で冷却水を循環させる構造が可能となる。その結果、水冷式熱交換器と貯湯槽を離れた位置に配置することも可能となり、例えば貯湯槽を、離れた階上に配置することも可能で、便利である。しかも、並接式水冷熱交換器にすると、水没構造の水冷式熱交換器に比べて小型化でき、狭いスペースでも設置可能で、大きな設置スペースを確保する必要がない。
【００１１】
請求項４は、前記の冷却水コイルに供給される冷却水温を検出し、水温検出信号で制御される電磁弁が、所定温度以下の場合は、前記並接式水冷熱交換器の入り口側を開き、所定温度を越える場合は、前記の室外機凝縮器の入口側を開く構造であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の空気調和装置である。このように、前記の冷却水コイルに供給される冷却水温を検出し、水温検出信号で制御される電磁弁が、所定温度以下の場合は、前記並接式水冷熱交換器の入り口側を開き、所定温度を越える場合は、前記の室外機凝縮器の入口側を開く構造であるため、並接式水冷熱交換器と室外機凝縮器に選択的に、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスを供給できる。その結果、従来のように水冷式熱交換器と室外機凝縮器の双方に高圧高温ガスが供給されるようなことはない。
【００１２】
請求項５は、冷暖房兼用の空気調和装置において、並接式水冷熱交換器と直列に膨張弁を設けると共に、加温された湯を得る場合は、前記膨張弁と室内機との間を閉じて、室外機凝縮器との間を開放し、かつ前記膨張弁と並列の弁を開くことによって、室外機凝縮器を蒸発器として作用させる構造としたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの項に記載の空気調和装置である。このように、空気調和装置が冷暖房兼用タイプの場合は、並接式水冷熱交換器と直列に膨張弁を設けると共に、加温された湯を得る場合は、前記膨張弁と室内機との間を閉じる構造であるため、室内機は運転されない。そして、並接式水冷熱交換器と室外機凝縮器との間を開放して室外機凝縮器を運転するため、室外機凝縮器が蒸発器として作用し、低温ガスとなってコンプレッサーにが帰還する。その結果、冷暖房兼用の空気調和装置において暖房運転を停止し、給湯手段として加温可能となる。
【考案の効果】
【００１３】
請求項１のように、空気調和装置の室外機凝縮器と並列に水冷式の熱交換器を配設し、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスが前記の室外機凝縮器又は水冷式熱交換器に選択的に供給されると共に、選択用の弁手段を有している。その結果、前記の水冷式熱交換器による冷却によって加温された湯を得る際に、水冷式熱交換器と室外機凝縮器が直列に配管されている構造と違って、同時運転されるなどの問題が発生しない。そのため、冷凍サイクルのコントロールが円滑となり、空気調和装置の円滑な運転を阻害することなしに、廃熱を有効利用することによって、給湯や加温が可能となる。
【００１４】
請求項２のように、前記の水冷式の熱交換器が、冷却水の通過するコイルと冷媒の通過するコイルとが並行して隣接する構造になっているため、水没式の熱交換器のように、冷却水の水温による冷却過剰などの問題が発生せず、凝縮圧力を円滑にコントロールできる。その結果、装置の構成が簡素化され、複雑かつ高価な部品を要しないので、装置のコストダウンが可能となる。
【００１５】
請求項２のように、水冷式の熱交換器が、冷却水コイルと冷媒コイルとが並行して隣接する構造になっているため、請求項３のように、前記の冷却水コイルを別置きの貯湯槽と接続し、前記貯湯槽と冷却水コイルとの間で冷却水を循環させる構造が可能となる。その結果、水冷式熱交換器と貯湯槽を離れた位置に配置することも可能となり、例えば貯湯槽を、離れた階上に配置することも可能で、便利である。しかも、並接式水冷熱交換器にすると、水没構造の水冷式熱交換器に比べて小型化でき、狭いスペースでも設置可能で、大きな設置スペースを確保する必要がない。
【００１６】
請求項４のように、前記の冷却水コイルに供給される冷却水温を検出し、水温検出信号で制御される電磁弁が、所定温度以下の場合は、前記並接式水冷熱交換器の入り口側を開き、所定温度を越える場合は、前記の室外機凝縮器の入口側が開く構造であるため、並接式水冷熱交換器と室外機凝縮器に選択的に、コンプレッサーで加圧された高圧高温ガスを供給できる。その結果、従来のように水冷式熱交換器と室外機凝縮器の双方に高圧高温ガスが供給されるようなことはない。
【００１７】
請求項５のように、空気調和装置が冷暖房兼用タイプの場合は、並接式水冷熱交換器と直列に膨張弁を設けると共に、加温された湯を得る場合は、前記膨張弁と室内機との間を閉じる構造であるため、室内機は運転されない。そして、並接式水冷熱交換器と室外機凝縮器との間を開放して室外機凝縮器を運転するため、室外機凝縮器が蒸発器として作用し、低温ガスとなってコンプレッサーにが帰還する。その結果、冷暖房兼用の空気調和装置において暖房運転を停止し、給湯手段として加温可能となる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本考案による空気調和装置が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図２は冷房専用の空気調和装置に本願考案を適用した例、図３は冷暖房兼用の空気調和装置に本願考案を適用した例である。図２において、室外機１は、凝縮ファン４付きの凝縮器３とコンプレッサーＣＭを有している。水冷式の熱交換器１０は、冷媒コイル１１と冷却水コイル１２とが並行状態で隣接し接している。冷却水コイル１２の両端は、連結管１３、１４を介して貯湯槽１５と連結されている。給水管１３には給水ポンプＰを設けてあるため、貯湯槽１５中の冷却水は、給水ポンプＰによって給水管１４で冷却水コイル１２に供給され、帰路管１３で貯湯槽に戻される。
【００１９】
このようにして循環している間に、コンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスが供給されると、冷却水コイル１２と冷媒コイル１１が並行状態で接しているために、冷却水によって高圧高温ガスが冷却される。したがって、図１の水冷式の熱交換器８の場合と同様にして、高圧高温ガスの凝縮が行われる。しかしながら、図２の場合は、並接式水冷熱交換器１０と室外機凝縮器３とは並列に配管されている。コンプレッサーＣＭの出口管は、並接式水冷熱交換器１０側と室外機凝縮器３側とに分岐しており、分岐部Ｙ１と並接式水冷熱交換器１０、室外機凝縮器３との間に開閉弁Ｖ１、Ｖ２が挿入してある。
【００２０】
貯湯槽１５の給水管１３側に設けた温度センサーＴの検出温度で作動する駆動器Ａによって、前記開閉弁Ｖ１、Ｖ２が開閉駆動される。あるいは、開閉弁Ｖ１、Ｖ２が電磁弁の場合は、温度検出信号で直接、交互に開閉させてもよい。すなわち、給水管１３で検出した冷却水温が例えば４５℃以下の場合は、電磁石などの駆動器Ａによって開閉弁Ｖ１が開放状態で、他方の開閉弁Ｖ２が閉鎖状態に維持される。逆に、冷却水温が例えば４５℃を越える場合は、開閉弁Ｖ１が閉じて、他方の開閉弁Ｖ２が開放状態に維持される。凝縮器３の排出管と並接式水冷熱交換器１１の排出管はそれぞれ膨張弁５、５１を介して、室内機２に配管されている。なお、膨張弁５、５１の排出側の合流点Ｙ２やコンプレッサーＣＭと室内機２との間には、開閉弁ｖ１、ｖ２を介在させてある。
【００２１】
いま、貯湯槽１５からの給水温度が例えば４５℃以下だと、前記のように、開閉弁Ｖ１が開いて、他方の開閉弁Ｖ２が閉じるため、コンプレッサーＣＭから排出された高圧高温ガスは並接式水冷熱交換器１０の冷媒コイル１１中に送られて、隣接している冷却水コイル１２で冷却される。このとき、冷却水コイル１２と冷媒コイル１１は、並行に隣接した状態で接しているだけであるため、熱伝導効率は、水没式の熱交換器に比べて劣る。そのため、冷却水温度が低過ぎる場合に冷却過剰となるといった問題は生じない。
【００２２】
こうして並接式水冷熱交換器１０で凝縮された高圧冷媒液は、膨張弁５１で減圧され、逆止弁Ｒを経て室内機２に供給される。そして、室内の空気で加熱され蒸発した冷媒ガスは、コンプレッサーＣＭに吸入されて加圧されてから、再び、開閉弁Ｖ１から冷媒コイル１１に供給され、凝縮される。
【００２３】
貯湯槽１５からの給水温度が例えば４５℃を越えると、この検出温度によって駆動器Ａが作動し、前記の開閉弁Ｖ１を閉じて、室外機１側の開閉弁Ｖ２を開くため、コンプレッサーＣＭから排出された高圧高温ガスは、室外機１の凝縮器３に供給されて、凝縮ファン４で空冷され、凝縮される。こうして凝縮された高圧冷媒液は、膨張弁５で減圧されて室内機２に供給され、室内の冷却に供される。なお、貯湯槽１５には公共の水道から水道水を補充でき、貯湯槽１５に蓄えられた温水は直接使用できるほか、別置きのボイラーＢに供給すれば、ボイラーの消費エネルギーを節約でき、最近のように、化石エネルギーが高騰する時代には顕著な効果を奏する。
【００２４】
以上のように、貯湯槽温度を検出して制御される開閉弁Ｖ１、Ｖ２の開閉によって、並接式水冷熱交換器１０と室外機の凝縮器３は選択的に作動されるため、冷凍サイクルのコントロールが容易で、高価な制御機器が不要となり、コストダウンが可能となる。以上は冷房専用の空気調和装置に適用した例であるが、図３は冷暖房兼用の空気調和装置に適用した例の配管図である。
【００２５】
図３のような冷暖房兼用の装置でも、冷房運転の場合は、図２と全く同じ構成とすることによって、貯湯槽の検出温度に応じて、並接式水冷熱交換器１０又は室外機の凝縮器３が選択的に作動するが、暖房運転の季節には、室内機による暖房運転を止めることによって、給湯専用として使用できる。図３の冷暖房兼用装置においても、図２と同様に開閉弁Ｖ１、Ｖ２が挿入してある。この場合、並接式水冷熱交換器１０側の開閉弁Ｖ１は全く同じ位置に設けてあるのに対し、凝縮器３側の開閉弁Ｖ２と開閉弁Ｖ１との間に四方弁Ｖ４が介在している。四方弁Ｖ４は、冷房運転時における冷媒の往路は矢印ａ１のように、コンプレッサーＣＭ→開閉弁Ｖ２の方向に流れ、帰路は矢印ａ２のように、室内機２→コンプレッサーＣＭの方向に流れる。また、暖房運転時の往路は、矢印ａ３のように、コンプレッサーＣＭ→室内機２の方向に流れ、帰路は矢印ａ４のように、開閉弁Ｖ２→コンプレッサーＣＭの方向に流れる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に、冷暖房兼用装置における各動作(1).〜(4).に対応する各電磁弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ５の開閉動作を示す。(1).の冷房運転時は、並接式水冷熱交換器１０側の開閉弁Ｖ１は閉じて、室外機凝縮器３側の開閉弁Ｖ２と開いて、コンプレッサーＣＭから室外機の凝縮器３に高圧高温ガスが流れて、空冷ファン４で凝縮される。次いで、膨張弁５で減圧された後、開放状態の開閉弁Ｖ３を通過して、室内機２に供給され、冷房が行われる。このとき、並接式水冷熱交換器１０側の膨張弁５１と並列の開閉弁Ｖ５は閉じている。
【００２８】
次に、冷房運転時に貯湯槽１５の水温が設定温度より低く、並接式水冷熱交換器１０で凝縮する場合は、(2).のように、室外機凝縮器３側の分岐部Ｙ２と室内機２間の開閉弁Ｖ３を開き、かつ並接式水冷熱交換器１０側の開閉弁Ｖ１も開き、室外機凝縮器３側の開閉弁Ｖ２を閉じるので、コンプレッサーＣＭから高圧高温ガスが並接式水冷熱交換器１０側に供給される。そして、凝縮された冷媒液は、並接式水冷熱交換器１０と直列の膨張弁５１で減圧され、逆止弁Ｒと開放状態の開閉弁Ｖ３を通過して、室内機２に供給される。このとき、前記膨張弁５１と並列の開閉弁Ｖ５は閉じている。室内機２を通過した冷媒は、四方弁Ｖ４を矢印ａ２方向に流れて、コンプレッサーＣＭに戻る。
【００２９】
暖房運転が選択されると、(3).のように、並接式水冷熱交換器１０側の開閉弁Ｖ１が閉じると共に、四方弁Ｖ４が暖房モードに切り替わるので、コンプレッサーＣＭで加圧された高圧高温ガスは四方弁Ｖ４を矢印ａ３方向に通過して、冷房時と逆方向に室内機２に入り、放熱して暖房する。放熱凝縮した高圧冷媒液は、開閉弁Ｖ３→膨張弁５→室外機１の凝縮器３における蒸発→開放状態の開閉弁Ｖ２の順に流れ、四方弁Ｖ４を矢印ａ４方向に通過して、コンプレッサーＣＭに戻る。
【００３０】
暖房運転の季節に、並接式水冷熱交換器１０で給湯する場合は、給湯が選択されると、(4).のように、並接式水冷熱交換器１０側の開閉弁Ｖ１が開き、室内機２の運転を止めるために、開閉弁Ｖ３を閉じる。したがって、コンプレッサーＣＭから高圧高温ガスが開閉弁Ｖ１を経て、並接式水冷熱交換器１０に供給され、並接式水冷熱交換器１０で、隣接している冷却水コイル１２中の水を加熱する。次いで、開放状態の開閉弁Ｖ５を通過し、逆止弁Ｒ→膨張弁５→室外機の熱交換器３→開放状態の開閉弁Ｖ２→四方弁Ｖ４の順に流れ、四方弁Ｖ４を矢印ａ４方向に流れてコンプレッサーＣＭに戻る。このように、暖房運転の季節には、給湯専用として機能させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本考案によると、水冷用熱交換器と室外機とを、同時運転されないように完全に分離可能とすることで、冷凍サイクルの円滑なコントロールと装置の簡易化、コストダウンを実現でき、しかも並接式水冷熱交換器を採用すると小型化でき、狭いスペースでも設置可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の空気調和装置の全容を示す配管図である。
【図２】本考案による冷房専用の空気調和装置の配管図である。
【図３】本考案による冷暖房兼用型の空気調和装置の配管図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  室外機
２  室内機
３  凝縮器
５  膨張弁（キャピラリチューブ）
７  貯湯槽  
８  熱交換器  
Ｂ  ボイラー
１０  並接式水冷熱交換器
１１  冷媒コイル
１２  冷却水コイル
１３・１４  連結管
１５  貯湯槽
Ｐ  給水ポンプ
Ｔ  温度センサー
Ａ  駆動器
Ｖ１・Ｖ２・Ｖ３・Ｖ５  開閉弁
Ｖ４  四方弁
【図１】
0003126239.tif 000004
【図２】
0003126239.tif 000005
【図３】
0003126239.tif 000006